[发明专利]土木工程结构地基约束能力动态检测方法及装置

权利要求书

1.一种土木工程结构地基约束能力动态检测方法，其特征是它包括以下步骤：

第一步：在被检测结构上设置传感器为数据采集作准备；

第二步：利用设置的传感器采集被测结构环境振动响应，并进行傅里叶即FFT分析，得到结构的自振基频ω_1，0，此时被测结构上部的质量假设为M₀；

第三步：在被测结构上进行第一次加载，此时结构上部的质量假设为M₁；采集此时被测结构的环境振动响应，并进行傅里叶变换即FFT分析，得到被测结构的第一次加载时的自振基频ω_1，1；

第四步：在被测结构上进行第二次加载，此时被测结构上部的质量假设为M₂；采集此时被测结构的环境振动响应，并进行傅里叶变换即FFT分析，得到结构的第二次加载时的自振基频ω_1，2；

第五步：将三次测得自振基频ω_1，0、第一次加载时的自振基频ω_1，1、第二次加载时的自振基频ω_1，2以及被测结构的自身质量、刚度、材料性能参数输入以下三个联立公式中，即可计算出结构的平动约束刚度k₁、转动约束刚度k₂和竖向约束刚度k₃，为被测结构地基安全监测提供计算所需的依据：

式中：J_R——被测结构的转动惯量；

J_M0、J_M1、J_M2——分别为被测结构上部的初始质量、第一次加载后、第二次加载后上部的质量对被测结构底部的转动惯量；

A、l——被测结构的水平截面的截面积和计算长度；

   m——被测结构质量；

E——结构材料的弹性模量；α，β分别为只和被测结构自身材料有关的系数，由下式计算所得：式中EI为被测结构的弯曲刚度，g为重力加速度，G为被测结构的剪切刚度，r为被测结构的重量密度，1/k′为剪切应力的分布系数，矩形截面k′＝5/6，圆形截面k′＝9/10。

2.根据权利要求1所述的土木工程结构地基约束能力动态检测方法，其特征是所述的被测结构为桥墩、承台、沉井或沉箱。

3.一种土木工程结构地基约束能力动态检测装置，其特征是它由测试单元(1)和主机分析单元(10)构成，测试单元(1)的信号输出端与主机分析单元(10)的信号输入端连接，主机分析单元(10)对测试单元(1)测量到的信号进行处理；测试单元(1)包括传感器(2)、抗混滤波放大器(3)、A/D转换器(4)和输出单元(5)，传感器(2)的信号输出端与抗混滤波放大器(3)的信号输入端相连，对传感器(2)采集到的信号进行放大滤波，抗混滤波放大器(3)的信号输出端与A/D转换器(4)的信号输入端相连，将模拟信号转换成数字信号，A/D转换器(4)的信号输出端通过输出单元(5)与主机分析单元(10)相连，将经过A/D转化器(4)转换后的数字信号传输到主机分析单元(10)中；主机分析单元(10)包括FFT分析模块(7)、地基约束刚度识别模块(8)和显示存储模块(9)，主机分析单元(10)将接收到的数据送入FFT分析模块(7)中进行FFT分析，得到加载前后结构的振动基频，地基约束刚度识别模块(8)根据FFT分析的基频计算地基的约束刚度，得到结果通过显示与存储模块(9)显示并保存数据。